中心議題：

• 基於串連蓄電池組的均充技術研究

解決方案：

• 在電池組的各單體電池上附加一個並聯均衡電路
• 運用分時原理

• 定時、定序、單獨對蓄電池組中的單體蓄電池進行檢測及均勻充電

dangexudianchidedianyayurongliangyouxian，zaihenduochanghexiayaozuchengchuanlianxudianchizulaishiyong。danxudianchizudezhongdedianchicunzaijunhengxingdewenti。ruhetigaoxudianchizudeshiyongshouming，tigaoxitongdewendingxinghejianshaochengben，shibaizaiwomenmianqiandezhongyaowenti。

蓄電池的使用壽命是由多方麵的因素所決定
，其中最重要的是蓄電池本身的物理性能。

此(ci)外(wai)
，電(dian)池(chi)管(guan)理(li)技(ji)術(shu)的(de)低(di)下(xia)和(he)不(bu)合(he)理(li)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)製(zhi)度(du)也(ye)是(shi)造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)縮(suo)短(duan)的(de)重(zhong)要(yao)原(yuan)因(yin)。對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)來(lai)說(shuo)，除(chu)去(qu)上(shang)述(shu)原(yuan)因(yin)，單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)間(jian)的(de)不(bu)一(yi)致(zhi)性(xing)也(ye)是(shi)個(ge)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。針(zhen)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)充(chong)放(fang)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)存(cun)在(zai)的(de)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)不(bu)均(jun)衡(heng)的(de)現(xian)象(xiang)
，筆(bi)者(zhe)分(fen)析(xi)比(bi)較(jiao)了(le)目(mu)前(qian)的(de)幾(ji)種(zhong)均(jun)充(chong)方(fang)法(fa)，結(jie)合(he)實(shi)際(ji)提(ti)出(chu)了(le)無(wu)損(sun)均(jun)充(chong)方(fang)法(fa)，並(bing)進(jin)行(xing)了(le)試(shi)驗(yan)驗(yan)證(zheng)。

現有的均衡充電方法

實現對串聯蓄電池組的各單體電池進行均充

，目前主要有以下幾種方法。

1.在電池組的各單體電池上附加一個並聯均衡電路,以達到分流的作用。在這種模式下,dangmougedianchishouxiandadaomanchongshi
，junhengzhuangzhinengzuzhiqiguochongbingjiangduoyudenengliangzhuanhuachengreneng

，jixuduiweichongmandedianchichongdian。gaifangfajiandan，danhuidailainengliangdesunhao
，bushihekuaichongxitong。

2.在充電前對每個單體逐一通過同一負載放電至同一水平,然後再進行恒流充電,以yi此ci保bao證zheng各ge個ge單dan體ti之zhi間jian較jiao為wei準zhun確que的de均jun衡heng狀zhuang態tai。但dan對dui蓄xu電dian池chi組zu
，由you於yu個ge體ti間jian的de物wu理li差cha異yi

，各ge單dan體ti深shen度du放fang電dian後hou難nan以yi達da到dao完wan全quan一yi致zhi的de理li想xiang效xiao果guo。即ji使shi放fang電dian後hou達da到dao同tong一yi效xiao果guo，在zai充chong電dian過guo程cheng中zhong也ye會hui出chu現xian新xin的de不bu均jun衡heng現xian象xiang。

3.定時
、定序、單dan獨du對dui蓄xu電dian池chi組zu中zhong的de單dan體ti蓄xu電dian池chi進jin行xing檢jian測ce及ji均jun勻yun充chong電dian。在zai對dui蓄xu電dian池chi組zu進jin行xing充chong電dian時shi，能neng保bao證zheng蓄xu電dian池chi組zu中zhong的de每mei一yi個ge蓄xu電dian池chi不bu會hui發fa生sheng過guo充chong電dian或huo過guo放fang電dian的de情qing況kuang，因yin而er就jiu保bao證zheng了le蓄xu電dian池chi組zu中zhong的de每mei個ge蓄xu電dian池chi均jun處chu於yu正zheng常chang的de工gong作zuo狀zhuang態tai。

4.運(yun)用(yong)分(fen)時(shi)原(yuan)理(li)，通(tong)過(guo)開(kai)關(guan)組(zu)件(jian)的(de)控(kong)製(zhi)和(he)切(qie)換(huan)
，使(shi)額(e)外(wai)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)入(ru)電(dian)壓(ya)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)的(de)電(dian)池(chi)中(zhong)以(yi)達(da)到(dao)均(jun)衡(heng)充(chong)電(dian)的(de)目(mu)的(de)。該(gai)方(fang)法(fa)效(xiao)率(lv)比(bi)較(jiao)高(gao)，但(dan)控(kong)製(zhi)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)。
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5.以各電池的電壓參數為均衡對象
，使各電池的電壓恢複一致。如圖2所suo示shi
，均jun衡heng充chong電dian時shi，電dian容rong通tong過guo控kong製zhi開kai關guan交jiao替ti地di與yu相xiang鄰lin的de兩liang個ge電dian池chi連lian接jie，接jie受shou高gao電dian壓ya電dian池chi的de充chong電dian
，再zai向xiang低di電dian壓ya電dian池chi放fang電dian

，直zhi到dao兩liang電dian池chi的de電dian壓ya趨qu於yu一yi致zhi。

該種均衡方法較好的解決了電池組電壓不平衡的問題，但該方法主要用在電池數量較少的場合。

6.整個係統由單片機控製

，單體電池都有獨立的一套模塊。模塊根據設定程序，對各單體電池分別進行充電管理
，充電完成後自動斷開。

該方法比較簡單

，但在單體電池數多時會使成本大大增加，也不利於係統體積的減小。

無損均充電路

本ben文wen提ti出chu了le一yi種zhong無wu損sun均jun充chong電dian路lu。均jun充chong模mo塊kuai啟qi動dong後hou
，過guo充chong的de電dian池chi會hui將jiang多duo餘yu的de電dian量liang轉zhuan移yi到dao沒mei有you充chong滿man的de電dian池chi中zhong，實shi現xian動dong態tai均jun衡heng。其qi效xiao率lv高gao損sun失shi少shao

，所suo有you的de電dian池chi電dian壓ya都dou由you均jun充chong模mo塊kuai全quan程cheng監jian控kong。

1 電路設計

N節電池串聯組成的電池組
，主回路電流是Ich。各串聯電池都接有一個均衡旁路，如圖3所示。圖中BTi是單體電池，Si是MOSFET，電感Li是儲能元件。Si、Li、Di構成一個分流模塊Mi。

在一個充電周期中，電路工作過程分為兩個階段：電壓檢測階段（時間為Tv）和均充階段（時間為Tc）。在電壓檢測階段，均衡旁路電路不工作，主電源對電池組充電
，同時檢測電池組中的單體電池電壓
，並根據控製算法計算MOSFET的占空比。在均充階段，旁路中被觸發的MOSFET由(you)計(ji)算(suan)所(suo)得(de)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)來(lai)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)
，對(dui)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)均(jun)充(chong)處(chu)理(li)。在(zai)這(zhe)個(ge)階(jie)段(duan)中(zhong)，流(liu)經(jing)各(ge)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)流(liu)是(shi)不(bu)斷(duan)變(bian)化(hua)的(de)，也(ye)是(shi)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)的(de)。
除去連接在B1兩端的M1，所有的旁路分流模塊組成都是一樣的。在均充旁路中，由於二極管Di的單向導通作用，所有的分流模塊都會將多餘的電量從相應的電池轉移到上遊電池中，而M1則把多餘的電量轉移到下遊的電池中。
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2 開關管占空比的計算

充電時電池的荷電狀態SOC（state of charge）可由下麵的經驗公式來得出，其中V是電池的端電壓。

SOC＝－0.24V 2＋7.218V－ 53.088 （1）

SOC是電池當前容量與額定容量之比，SOC=Q/Q TOTAL×100%。

通過把電壓檢測階段末期檢測到的電池電壓轉化為荷電狀態，而單節電池的儲存容量Qest,n與SOC存在相應的關係，Qest,n可以被估算出來。

在充電平衡階段
，從主充器充入單節電池的電量是IchTcep。其中，Tcep為一個充電周期內均充階段的時間。為使在均充階段達到單節電池儲存容量的平衡


，均充的目標Q tar應為：
但dan是shi
，在zai被bei激ji發fa的de旁pang路lu和he其qi他ta電dian池chi之zhi間jian的de充chong電dian轉zhuan換huan是shi相xiang互hu影ying響xiang的de
，單dan體ti電dian池chi經jing旁pang路lu輸shu出chu給gei其qi他ta電dian池chi的de電dian流liu和he接jie收shou的de充chong電dian電dian流liu很hen難nan用yong一yi個ge簡jian單dan的de公gong式shi進jin行xing計ji算suan。不bu過guo，Gauss-Seidel迭代法可以解決這個問題。

期望的儲存容量Q n可以用下式來計算：

 
其中
，I dis,n是一個開關周期中的平均電流，I o^,n是從其他被觸發的旁路中獲得的電流。Q tar是理想狀態下電池經充電周期Ts達到均充時的電荷量，Q n是期望的儲存容量，取Q tar＝Q n

，即（2）、（3）相等。通過相應換算，得到占空比 的計算公式：



這裏的函數f N隻是一個示意函數，表示D n和D 2...D 3存在一定關係。

3 實驗設計

weileyanzhengbenwendejunhengchongdianfangfa，yiliangjiedantidianchizuchengdexudianchizuweilijinxingshiyanhefenxi
，zhuyaoyanzhengpangluzhongkaiguanguanduidianyadetiaojiezuoyong。kongzhiliuchengjiantu4。

本實驗中，選用兩個小功率NPN管C1815(Q1、Q2)來替代開關管，用89C51芯片的P1.0和P1.1腳控製Q1、Q2的開關。同時，蓄電池的端電壓V1和V2由差動放大電路采集，經A/D轉換送到CPU。在整個過程中，電壓每20ms采樣一次，每隔1s上傳上位機並保存並自動繪製曲線。圖5為試驗電路圖。
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實驗結果與分析

通過實驗結果可以看出
，充電開始時電壓相差為1.98V ，在經過充電140s後
，電壓相差值約為0.2V；在(zai)均(jun)充(chong)過(guo)程(cheng)中(zhong)，電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)有(you)趨(qu)向(xiang)一(yi)致(zhi)的(de)趨(qu)勢(shi)。均(jun)充(chong)方(fang)法(fa)能(neng)根(gen)據(ju)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)的(de)差(cha)異(yi)，縮(suo)短(duan)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)之(zhi)間(jian)的(de)不(bu)一(yi)致(zhi)性(xing)，使(shi)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)得(de)到(dao)提(ti)高(gao)，壽(shou)命(ming)延(yan)長(chang)。

同時
，從實驗結果來看，該方法也有效果不理想的地方，那就是兩節電池端電壓差值較大。究其原因，一是本實驗中用“電阻串聯電容”來替代蓄電池，這和真實的蓄電池存在差別，無法達到理想的模擬狀態；ershibenshiyanzhuyaoshijianyankaiguanguandekaiguanduidianyadejunhengyingxiang，zaihenduohuanjieshangjinxinglejianhuachuli，hulveleyixieciyaoyinsu，erzhexieyinsuyeduishiyanjieguoyouyidingdeyingxiang。

但總的來說
，本實驗達到了預定的目的，證明了無損均充法的可行性。
由you於yu沒mei有you現xian成cheng的de蓄xu電dian池chi
，需xu用yong替ti代dai電dian池chi來lai進jin行xing實shi驗yan。充chong電dian過guo程cheng中zhong蓄xu電dian池chi內nei阻zu和he端duan電dian壓ya都dou在zai不bu斷duan變bian化hua，並bing且qie充chong電dian過guo程cheng中zhong電dian池chi蓄xu積ji能neng量liang，根gen據ju對dui蓄xu電dian池chi的de物wu理li性xing質zhi的de分fen析xi和he相xiang關guan資zi料liao，采cai用yong“電阻串聯電容”來替代單體蓄電池來進行實驗。